Jaká je kritická vlhkost obilí?

Vzhledem k hygroskopickým vlastnostem obilí a semen se může jejich obsah vlhkosti během přepravy a skladování změnit. Směr a rychlost výměny vlhkosti závisí na rozdílu tlaku vodní páry nad povrchem zrna a v jeho kapilárách. Vlhkost ze zóny vyššího tlaku se vždy přesune do zóny nižšího tlaku. Pokud je tedy parciální tlak vodní páry na povrchu zrna menší než ve vzduchu, bude hromada zrna navlhčena, a když je parciální tlak vodní páry ve vzduchu menší než ve hmotě zrna, obilná hmota vyschne. Výměna vlhkosti bude pokračovat, dokud se parciální tlak par ve vzduchu a zrnu nevyrovná, tzn. dojde ke stavu dynamické rovnováhy mezi vodní párou ve vzduchu a hmotou zrna.

Obsah vlhkosti zrna odpovídající tomuto stavu se nazývá rovnovážný. Jeho hodnota závisí také na teplotě.

Pro stanovení rovnovážné vlhkosti se obvykle nepoužívá hodnota tlaku par, ale pohodlnější ukazatel pro měření – relativní vlhkost vzduchu. Každá hodnota relativní vlhkosti vzduchu totiž odpovídá určité rovnovážné vlhkosti zrna. Například při relativní vlhkosti vzduchu 75 % nabývá zrno pšenice rovnovážné vlhkosti 15,4 % a při relativní vlhkosti vzduchu 90 % je zrno navlhčeno na úroveň 20,5 %.

Tento vzor se v praxi široce používá k získání a udržení požadované úrovně vlhkosti zrna během sušení, aktivní ventilace, přepravy a skladování.

Rovnovážná vlhkost zrna se zjišťuje psimetrickou nebo dynamickou metodou. Do síťových lahví na technických vahách navažte dvě 5-10g porce obilí a umístěte je na 30, 50, 60, 70, 80, 90 a 95 % (pro vytvoření požadované relativní vlhkosti se nalije asi 1 litr roztoku kyseliny sírové do koncentrace exsikátoru). Současně se zjišťuje vlhkost zrna, které bude umístěno do exsikátoru.

Experiment se provádí při konstantní teplotě. Po 1-2 týdnech (jakmile je dosaženo konstantní hmotnosti) se vzorky ze síťovaných lahví přelijí do předem zvážených skleněných lahví s víčkem a zváží. Nejprve se obsah sušiny ve výchozím materiálu stanoví pomocí vzorce:

б (100 – в)

а – hmotnost sušiny, g,

б – hmotnost počátečního vzorku umístěného v exsikátoru, g,

в – obsah vlhkosti výchozího vzorku zrna umístěného v exsikátoru, %.

Dále se vypočítá rovnovážná vlhkost zrna pomocí vzorce:

В – rovnovážná vlhkost, %,

б ₁ – hmotnost zrna po experimentu, po vysušení v exsikátoru, g,

а – hmotnost sušiny v původním vzorku, g.

Například počáteční vlhkost zrna je 12,5 %; počáteční počáteční hmotnost vzorku byla 5 g, po 1-2 týdnech vzorek začal vážit 5,6 g Na začátku experimentu (před vložením vzorku do exsikátoru) obsahoval vzorek vlhkost (12,5 × 5) / 100. = 0,625 g, sušina (a) 5 – 0,625 = 4,375 g (nebo ihned podle prvního vzorce). To znamená, že na konci experimentu bude celkové množství absorbované vody 5,600 – 4,375 = 1,225 g. Rovnovážný obsah vlhkosti zrna bude roven (1,225 × 100) / 5,6 = 21,9 %.

Rovnovážnou vlhkost zrna lze okamžitě určit pomocí jiného vzorce:

В = 100 – (б ₁/ б ₂) × (100 – в),

В – rovnovážná vlhkost, %,

б ₁ – hmotnost zrna před experimentem, g,

б ₂ – hmotnost zrna po experimentu, g,

в – počáteční vlhkost (před experimentem) v %.

Pokud dosadíme vzorová data, dostaneme:

В = 100 – (5/5,6) × (100 – 12,5) = 21,9 %.

Výsledky experimentu se zanesou do tabulky a sestaví se z nich graf. Odečty relativní vlhkosti vzduchu jsou vyneseny na ose pořadnic a rovnovážná vlhkost je vynesena na ose x.

Intenzita dýchání zrn různé vlhkosti

Dýchání je jedním z nejdůležitějších fyziologických procesů každého živého organismu. Při procesu dýchání dochází ke složitému oxidativnímu rozkladu složitých organických sloučenin na jednodušší produkty – oxid uhličitý a vodu. V tomto případě se uvolňuje volná tepelná energie, kterou tělo využívá ke všem svým životním pochodům.

Hlavním materiálem pro dýchání jsou sacharidy, především glukóza. V olejnatých semenech, které mají relativně málo sacharidů, dochází k dýchání v důsledku oxidace tuků, které se rozkládají na glukózu, která zase podléhá oxidaci.

Respirační energie je vyjádřena počtem miligramů oxidu uhličitého uvolněného 1000 g sušiny obilí za 24 hodin.

Proces dýchání v důsledku enzymatické oxidace sacharidů nebo jiných organických látek se nazývá aerobní dýchání a probíhá v souladu s celkovou rovnicí:

Během dýchání ztrácejí semena část svých rezervních látek. Při intenzivním dýchání semen mohou ztráty sušiny dosáhnout značné velikosti, což má škodlivý vliv na životně důležitou aktivitu embrya a následně na sklizeň.

Voda uvolněná při dýchání zvyšuje obsah vlhkosti zrna. Zároveň se zvyšuje i vlhkost vzduchu v mezikrystalových prostorech. Při změnách teploty v obilné hmotě se vytvářejí podmínky pro kondenzaci vodní páry na semenech. Vzniklá kapkovitá-kapalinová vlhkost je absorbována zrnem, jeho vlhkost se ještě zvyšuje. Dodatečné zvlhčení zrna dále zvyšuje energii dýchání a rozvoj mikroorganismů na zrnu.

Při nedostatečném větrání v obilné hmotě se kromě vodní páry hromadí velké množství oxidu uhličitého a snižuje se obsah kyslíku.

Jak je patrné ze souhrnné rovnice aerobního dýchání, na 1 gram molekuly oxidované glukózy se uvolňuje obrovské množství tepelné energie. Kvůli špatné tepelné vodivosti zrna se značná část tepla zadržuje uvnitř semenné hmoty, což přispívá k rozvoji samozahřívacích procesů.

Hlavním úkolem organizace správného skladování obilí je zajistit, aby byl proces dýchání během skladování obilí snížen na minimum.

Intenzita dýchání závisí na řadě faktorů, především na vlhkosti, teplotě a přístupu kyslíku (obr. 5, 6).

11 12 13 14 15 16 17 Vlhkost, %

Obr.5. Závislost intenzity dýchání
zrna prosa před vlhkostí.

Čím vlhčí semena, tím intenzivnější je jejich dýchání. Neexistuje však přímý vztah mezi vlhkostí a rychlostí dýchání. Semena obsahující 10-12% vody tedy uvolňují pouze 1-0,3 mg oxidu uhličitého na 0,4 kg sušiny za den. Stejná semena, ale obsahující 14–15 % vody, uvolní za stejnou dobu 1,3–1,5 mg oxidu uhličitého, tedy 3–4krát více. S dalším zvýšením vlhkosti v semenech (>15-18%) se dýchání velmi rychle zvyšuje a při 30-33% vlhkosti se zvyšuje více než 10000 XNUMXkrát. Další zvýšení vlhkosti snižuje energii dýchání a přichází okamžik, kdy zrno odumírá.

Prudký nárůst respirační energie se zvyšující se vlhkostí ukazuje na přítomnost „volné vlhkosti“ v semenech, to znamená, že vlhkost je slabě nebo vůbec nezadržovaná hydrofilními koloidy. Přítomnost volné vody v semenech podporuje projevy biochemických procesů, včetně dýchání. Obsah vlhkosti zrna, od kterého se prudce zvyšují biochemické a fyziologické procesy, se nazývá kritický.

Obr.6. Vliv teploty na intenzitu
dýchání pšeničného zrna:
1-22 %, 2-18 %, 3-16 %, vlhkost 4zrn 14 %.

Kritická vlhkost je tedy limit, do kterého je veškerá voda v semenech ve „vázané formě“. Experimenty V. L. Kretoviče ukázaly, že vlhkost 14,5-15,5 % je kritická pro všechny obilniny, včetně membrán.

Pro dlouhodobé skladování je tedy nutné klást semena s obsahem vlhkosti pod kritickou hodnotou. Zrno pšenice, žita a dalších obilovin s vlhkostí pod 14. 15 % a olejná semena s vlhkostí do 8 % budou dýchat velmi slabě, proto jsou spolehlivě skladovány.

Druhým faktorem ovlivňujícím energii dýchání je teplota. Bylo zjištěno, že jak teplota stoupá, intenzita dýchání zrna prudce roste a dosahuje maxima při 50-55°C, po které začíná prudký pokles křivky dýchání. K tomuto prudkému poklesu dýchací energie dochází v důsledku příliš vysoké teploty, při které začíná denaturace bílkovin, enzymy ztrácejí svou aktivitu a zrno odumírá. Pokud snížíte teplotu obilné hmoty, pak dýchání zrna slábne a při teplotě blízké 0°C se úplně zastaví.

Pokud tedy zrno ochladíte nebo zmrazíte, čímž zabráníte výskytu intenzivního dýchání, hmota zrna se lépe zachová. Je třeba poznamenat, že vlhké zrno semen nelze příliš zchladit (více než -5 °C), protože může ztratit svou životaschopnost.

Nejlepší teplota pro skladování semen je 0-10°C.

Je třeba si uvědomit, že semena luštěnin mají vyšší rychlost dýchání než semena obilnin. To vysvětluje rychlejší kažení semen těchto plodin během skladování.

Pokud je v semenné hmotě nedostatek nebo úplná absence kyslíku, pokud je zrno skladováno bez přístupu vzduchu, dochází v něm k druhému typu dýchání – procesu anaerobního dýchání (bezkyslíkového, intramolekulárního):

С₆Н₁₂О₆ = 2СО₂ + 2C₂Н₅OH(2CH₃CH₂OH) + 234 KJ (28 kcal) energie na 1 gram spotřebované molekuly glukózy.

Fermentace je proces hlubokého oxidačního rozkladu organických látek, především cukrů, neprovázený spotřebou molekulárního kyslíku. Stejně jako aerobní dýchání sestává z velkého počtu intermediárních redoxních reakcí, ale nevede k úplné oxidaci organické hmoty. Hlavní typy fermentace jsou alkoholové (rovnice je napsána výše), kyselina mléčná a kyselina máselná. Všechny ostatní typy fermentací pozorované v přírodě jsou kombinací těchto 3 hlavních typů.

Z mikroorganismů, které způsobují alkoholové kvašení, je třeba zmínit kvasinky – mikroorganismy z třídy vačnatců.

Role alkoholového kvašení při výrobě těsta a pečení chleba je skvělá. Oxid uhličitý těsto kypří, dává mu porézní strukturu, na tvorbě aroma se podílí alkohol a další produkty kvašení.

Někdy při anaerobním dýchání zrna spolu s alkoholovým kvašením částečně dochází k procesu mléčného kvašení, při kterém se z glukózy tvoří kyselina mléčná:

Fermentaci mléčného kvašení způsobují bakterie mléčného kvašení. Jsou rozděleni do 2 skupin. První skupina fermentuje hexózu za vzniku převážně kyseliny mléčné a velmi malého množství vedlejších produktů – nazývají se homofermentativní (typické) bakterie.

Druhá skupina, nazývaná heterofermentativní (atypické) bakterie mléčného kvašení, způsobuje složitější fermentaci, při které spolu s kyselinou mléčnou vznikají další produkty: kyselina octová, ethylalkohol, vodík, metan, diacetyl, ethery atd.

Mléčné kvašení hraje důležitou roli při výrobě chlebového kvásku a tekutého droždí při pečení chleba. Často se vyskytuje současně s alkoholovým kvašením při výrobě mnoha potravinářských výrobků a polotovarů: sražené mléko, acidofil, kefír, koumiss, kvas, kavkazské „matsoni“, v kysaném zelí, nakládání okurek, rajčat, v siláži krmiv, a alkoholu při výrobě různých druhů vín .

Kvašení kyseliny máselné, které často doprovází alkoholové a mléčné kvašení, jako zbytečné a dokonce škodlivé, je způsobeno mikroorganismy, z nichž většinu tvoří anaerobní bakterie. Přeměňují sacharidy, alkoholy a další látky na kyselinu máselnou podle celkové rovnice:

V daném prostředí obvykle současně probíhají tři hlavní typy fermentace, které spolu organicky souvisí. Zároveň jsou v nejužším organickém spojení s normálním kyslíkovým aerobním dýcháním.

Aby si rostlina zajistila potřebné množství energie, musí při alkoholovém kvašení spotřebovat větší množství hexóz než při aerobním dýchání.

Přístup kyslíku, který zajišťuje energeticky účinnější aerobní dýchání, chrání zrno (rostlinu) před nadměrnou spotřebou organické hmoty charakteristické pro anaerobní dýchání.

Účinek kyslíku, který snižuje spotřebu sacharidů pro dýchání a inhibuje fermentaci a tvorbu anaerobních metabolických produktů, se nazývá Pasteurův efekt.

Pokusy M. Zabolotského ukázaly, že nedostatečná nebo úplná absence kyslíku ve vzduchu mezi prostory zrn má škodlivý vliv na klíčení zrn při vysoké vlhkosti. Pokus byl proveden se zrnem pšenice s počáteční vlhkostí 11,3 % a klíčivostí 88 %. Část zrna byla navlhčena a skladována v uzavřených nádobách bez přístupu vzduchu:

Při vlhkosti 11,3 % je klíčivost 70,7 % po 240 dnech

13,8 % 49,6 % 275 dní

16,4 % 1,0 % 269 dní

Při anaerobním typu dýchání se navíc uvolňuje etylalkohol, který zabíjí zárodek semene, proto by se u tohoto typu dýchání neměly skladovat šarže osiva, naopak semena by měla být během skladování periodicky větrána. Anaerobní typ dýchání je zcela bezpečný pro krmné dávky obilí a částečně pro dávky potravin.

Ze všeho výše uvedeného tedy můžeme usoudit, že intenzita dýchání závisí na řadě faktorů; vlhkost, teplota, provzdušňování, jakož i kvalita zrna, z velké části od zralosti semen, fyziologického stavu zrna.

Čím horší je kvalita zrna, tím intenzivněji dýchá, ostatní věci jsou stejné a tím obtížnější je skladovat. Normální obilí dýchá hůře než obilí poškozené mrazem nebo zakrnělé, proto se tyto druhy obilí a další druhy poškozeného obilí skladují hůře než obilí kvalitní. Vyžaduje zvláště pečlivé sledování během skladování. Obilí, které neprošlo posklizňovým zráním, dýchá mnohem intenzivněji než obilí, které dokončilo období posklizňového zrání. Z toho plyne, že čerstvě sklizené zrno může obzvláště snadno podléhat samozahřívání a zkažení, v důsledku čehož je nutné jej obzvláště pečlivě sledovat.

Pro charakterizaci dýchání zrna má velký význam respirační koeficient – poměr objemu oxidu uhličitého uvolněného při dýchání k objemu absorbovaného kyslíku:

Respirační koeficient normálního zrna je obvykle roven jedné. K tomu dochází v důsledku skutečnosti, že proces aerobního dýchání probíhá přesně v souladu s respirační rovnicí. Pokud je respirační koeficient větší než jedna, znamená to, že zrno emituje více oxidu uhličitého, než absorbuje kyslík. Tento obraz lze pozorovat v raných fázích klíčení některých semen, jejichž hustá skořápka není dostatečně propustná pro kyslík.

V takových semenech spolu s aerobním procesem dýchání dochází také k procesu alkoholové fermentace, která se zastaví poté, co vyvíjející se kořen prorazí skořápku.

Při dozrávání olejnatých semen respirační koeficient obvykle přesahuje 1. Je to důsledek toho, že část kyslíku spotřebovaného na dýchání je odebírána ze sacharidů. Suché zrno s vlhkostí 12 % má respirační koeficient nad 14 (1-1,2), protože anaerobní fermentace částečně probíhá v klíčku zrna i za přítomnosti kyslíku. Malé množství oxidu uhličitého bez použití vzdušného kyslíku v zrnu může vzniknout v důsledku dekarboxylace kyseliny glutamové pod vlivem glutamátdekarboxylázy za vzniku kyseliny aminomáselné a oxidu uhličitého.

Někdy je respirační kvocient menší než jedna. Například při vysoké vlhkosti slunečnicových semen v raných fázích zrání má DC hodnotu 0,6-0,7 při současném intenzivním procesu akumulace oleje.

V klíčících semenech olejnatých semen je DC také menší než 1. To se vysvětluje tím, že proces klíčení těchto semen je doprovázen oxidací mastných kyselin chudých na kyslík a přeměnou tuku na cukr, což je doprovázeno spotřeba značného množství kyslíku.

Vlhkost semen je množství hygroskopické vlhkosti v semenech, vyjádřené v procentech z jejich celkové hmotnosti. Při skladování semen má velký význam vlhkost semen. V závislosti na vlhkostní nasycení vzduchu ve skladu jsou semena schopna absorbovat vodu nebo ji uvolňovat do prostředí. Pokud relativní vlhkost a teplota vzduchu zůstávají konstantní, nastává stav hygroskopické rovnováhy mezi semeny a vzduchem a je ustavena rovnovážná vlhkost. Při dlouhodobém skladování semen by relativní vlhkost vzduchu neměla překročit 70 %; její zvýšení na 75 % (kritická vlhkost) způsobuje intenzivní dýchání semen, vysokou spotřebu živin, uvolňování energie ve formě tepla (samoohřev semen), možné bobtnání, klíčení semen a aktivní rozvoj mikroorganismů na nich. Zvýšení teploty vzduchu ve skladu při konstantní vlhkosti snižuje vlhkost semen a snížení ji zvyšuje. Ukazatele rovnovážné vlhkosti pro všechny obilniny jsou blízké a průměrně 70 – 14 % při 15% relativní vlhkosti vzduchu u olejnatých semen je výrazně nižší (u sóji – 2,5, u lnu – 8,5, skočku – 7,5 %), protože tuky; obsažené v semenech těchto plodin nevážou vodu. Při skladování olejnatých semen je proto třeba věnovat zvláštní pozornost režimu skladování.

Státní normy pro osivo odrůd a setí stanovují maximální vlhkost osiva pro různé plodiny, jejíž překročení není povoleno. Obsah vlhkosti v kvalitních semenech obilnin (pšenice, žito, ječmen a oves) by tedy neměl překročit 15,5 % a pouze pro oblasti Sibiře, severu a severozápadu je povolena vlhkost semen do 17 %. . Obsah vlhkosti v upravených semenech by měl být v závislosti na zóně: ​​rýže – 14 – 15%, proso – 13,5 – 16%, pohanka – 14 – 17%, hrách – 14 – 17%, fazole – 15%. U výsevu semen prakticky nezáleží na vlhkosti semen, pokud je zachována jejich tekutost.

Normy stanoví čtyři podmínky vlhkosti (v %):

* střední – suché – 14,1 – 15,5;

* raw – starší 17 let.

Pro dlouhodobé skladování je vhodné pouze suché zrno.

Vlhkost semen se zjišťuje sušením v sušárně (hlavní metoda) nebo pomocí vlhkoměru nejpozději do dvou dnů od doručení vzorku do laboratoře. Pro analýzu se odeberou dvě 5 g dávky, které se izolují ze vzorku odebraného z průměrného vzorku. Způsoby předběžné přípravy semen před sušením a doba sušení semen různých plodin nejsou stejné. Například semena obilovin a luštěnin se předem melou v laboratorním mlýnu a poté se suší při 130 °C po dobu 40 minut. Semena vytrvalých olejnin, esenciálních olejnin a zelenin se suší celá. Pokud je obsah vlhkosti v zrnu a luštěninových semenech vyšší než 20 %, tento indikátor se stanoví po předběžném sušení v sušárně po dobu 30 minut při 105 °C. Vlhkost semen se také zjišťuje pomocí vlhkoměru pomocí dvou vzorků (v souladu s návodem k použití zařízení).

K samoohřevu dochází v důsledku intenzivního dýchání zrna, aktivního rozvoje mikroorganismů a špatné tepelné vodivosti obilných hmot. I v násypu vysokém 1 m stoupá teplota na 55 – 60 C. V obilných hmotách, které nejsou očištěny od nečistot s vlhkostí nad 18 – 20 % a teplotou nad 10 C, dochází k samoohřevu. zvláště rychle při dosažení teploty zrna 24 – 25 C. To vytváří optimální podmínky pro rozvoj plísňových hub a prudce se zvyšuje rychlost dýchání samotného zrna. Čerstvě sklizené zrno může být za 5-6 dní zcela zkaženo, ztrácí nejen výsev, ale i potravní a krmné vlastnosti. Navenek se to projevuje tmavnutím zrna, výskytem kolonií plísňových hub na něm, viditelných pouhým okem, tvorbou sladového a plísňového zápachu a ztrátou tekutosti. Při 50 C a více získává zrno zuhelnatělý vzhled v důsledku tvorby komplexních sloučenin bílkovin s cukry (melanoidiny) a uvolňování černých pigmentů kokálními bakteriemi. V zrnu je méně lepku, zhoršuje se jeho kvalita (je šedé a krátce se trhá). V samozahřívaném obilí se hromadí sporotvorné bakterie (bacily brambor a sena), které se při zpracování obilí na mouku rozvinou v pečeném chlebu a způsobí onemocnění brambor nebo strouhanky.

Samoohřev obilných hmot má v důsledku jevu tepelné a vlhkostní vodivosti a teplotních rozdílů obvykle vrstevní charakter. Vyskytuje se v horní vrstvě násypu ve vzdálenosti 30 – 50 cm od povrchu, ve spodní vrstvě ve vzdálenosti 20 – 30 cm od podlahy nebo podél úložné stěny (svislá vrstva). Ohřívací zóna se postupně rozšiřuje a po spuštění procesu pokrývá celou hmotu zrna. Proces sebezahřívání, který začal, se sám od sebe nikdy nezastaví; při teplotě 9 – 60 C se obilná hmota ochlazuje a zcela se kazí. Vzhledem ke špatné tepelné vodivosti obilné hmoty je nemožné ji chladit větráním skladovacích prostor, když je venkovní vzduch přirozeně studený. Aktivní větrání nebo chlazení obilné hmoty jejím průchodem přes dopravníky a stroje na čištění obilí s větrem pomáhá eliminovat kapsy samoohřevu. Na proudu s malou vrstvou násypu se obvykle okamžitě rozvine proces samoohřevu v celé vnitřní části obilné hmoty.

Aby se zabránilo samoohřevu, je teplota částí obilné hmoty systematicky kontrolována pomocí tepelných tyčí nebo speciálních teploměrných zařízení. Nejdůležitějšími opatřeními, která dramaticky zvyšují stabilitu obilných hmot při skladování, jsou jejich čištění od nečistot při procesu sklizně a jejich třídění. Významná část nečistot, zejména semena plevelů, má vyšší vlhkost než hlavní zrno. Jejich včasné odstranění výrazně snižuje vlhkost obilné hmoty. Spolu s nečistotami (prach, minerální zbytky atd.) se odstraňuje i řada mikroorganismů (spory plísňových hub). Obilné hmoty obsahující nezralá, mrazem poškozená, slabá a poškozená zrna jsou při skladování méně stabilní.